干式變壓器運行操作技術(shù)短路損壞原因分析

摘要：通過(guò)近年來(lái)上海干式變壓器短路損壞的具體實(shí)例，分析了電磁線(xiàn)對干式變壓器的損壞及目前存在的問(wèn)題，并對電力干式變壓器的設計和電磁線(xiàn)的選擇提出了一些建議。信息源：關(guān)鍵詞：干式變壓器短路電阻電力繞組電磁線(xiàn)事故

1前言

近年來(lái)，干式變壓器事故時(shí)有發(fā)生，且有上升趨勢。從干式變壓器事故分析來(lái)看，短路電阻不足已成為電力干式變壓器事故的主要原因，對電網(wǎng)造成了極大的危害，嚴重影響了電網(wǎng)的安全運行。

對上海電力公司近十年來(lái)因電力干式變壓器外部短路造成的損壞事故進(jìn)行分類(lèi)分析，進(jìn)而提出電磁線(xiàn)選擇中存在的問(wèn)題及減少此類(lèi)事故的措施，以促進(jìn)廠(chǎng)家產(chǎn)品的改進(jìn)和完善，進(jìn)一步提高運行單位的運行管理水平。

2干式變壓器短路事故

1993年1月至2002年12月，上海電網(wǎng)干式變壓器發(fā)生短路損壞事故17起，占總損壞事故的77.3%，是損壞的主要原因，總容量2750兆瓦。其中500千伏級2套，220千伏級13套，110千伏級2套。一套220千伏級和一套110千伏級因低壓線(xiàn)圈變形嚴重而必須更換。干式變壓器改造過(guò)程中發(fā)現4組220千伏級低壓繞組變形，2組500千伏繞組在運行過(guò)程中出現變形跡象。特別是1995年以來(lái)，干式變壓器損壞事故呈上升趨勢，事故范圍不斷擴大。事故的主要形式如下：

1)外部短路沖擊反復，導致線(xiàn)圈嚴重變形，較終絕緣擊穿損壞；

2)外部短時(shí)間內頻繁受到短路沖擊損壞；信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

3)長(cháng)期短路沖擊損壞；

4)短路沖擊損壞。

干式變壓器短路損壞的3種主要形式

根據近年來(lái)干式變壓器因出口短路造成的損壞，干式變壓器在短路故障中的損壞主要有以下特點(diǎn)和原因。

3.1軸向失穩信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

這種損壞主要是由徑向漏磁產(chǎn)生的軸向電磁力引起的，導致干式變壓器繞組軸向變形，這種事故占總損壞事故的52.9%。詳情請訪(fǎng)問(wèn)：輸配電設備網(wǎng)

3.1.1線(xiàn)餅上下彎曲變形信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

這種損傷是由于軸向電磁力作用下過(guò)大的彎矩導致兩個(gè)軸向墊之間的導線(xiàn)永久變形。通常兩個(gè)墊之間的變形是對稱(chēng)的。

3.1.2繞組或線(xiàn)餅坍塌信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

這種損傷是由于導線(xiàn)在軸向力的作用下相互擠壓或撞擊，導致傾斜變形。鋼絲稍有傾斜，軸向力會(huì )加大傾斜度，嚴重時(shí)會(huì )塌陷；導線(xiàn)高寬比越大，越容易引起塌陷。

除了軸向分量，端部的漏磁場(chǎng)也有徑向分量。兩個(gè)方向的漏磁產(chǎn)生的組合電磁力導致內繞組線(xiàn)向內轉，外繞組向外轉。信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

3.1.3當繞組上升時(shí)，壓板將打開(kāi)信息源：http://tede.cn #p#分頁(yè)標題#e#

這種損壞通常是由過(guò)大的軸向力或其端部支撐件的強度和剛度不足或組裝缺陷引起的。來(lái)源：http://tede.cn

3.2徑向不穩定性

這種損壞主要是由徑向電磁力引起的

除了軸向分量，端部的漏磁場(chǎng)也有徑向分量。兩個(gè)方向的漏磁產(chǎn)生的合成電磁力導致繞組線(xiàn)向內轉，外繞組向外轉。信息來(lái)自：

3 . 2 . 3 :http://tede.cn，內繞組導線(xiàn)彎曲或翹曲的信息源

徑向電磁力使內繞組直徑變小，彎曲是兩個(gè)支架(內撐)之間的導線(xiàn)彎矩過(guò)大造成永久變形的結果。如果鐵芯捆綁足夠緊，繞組的徑向拉條得到有效支撐，徑向電動(dòng)勢沿圓周方向均勻分布，變形對稱(chēng)，整個(gè)繞組為多邊形星形。但由于鐵芯的壓縮變形，撐條支撐方式不同，沿繞組圓周的應力不均勻。實(shí)際上，局部失穩往往發(fā)生，形成屈曲變形。

3.3導線(xiàn)固定不穩定

這種損壞主要是導線(xiàn)之間的電磁力引起的，導致導線(xiàn)之間振動(dòng)和短路。這種事故很少見(jiàn)。

4干式變壓器常見(jiàn)部件短路損壞信息來(lái)自：輸配電設備網(wǎng)絡(luò )

根據近年來(lái)干式變壓器因其出口短路造成的損壞，干式變壓器繞組損壞部位主要包括以下幾個(gè)方面。

4.1鐵軛下的相應零件

這部分變形的原因是：(1)短路電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被油和箱壁或鐵芯封閉。由于鐵軛的磁阻比較小，大部分都封閉在鐵軛和油路之間，磁場(chǎng)比較集中，作用在線(xiàn)餅上的電磁力比較大；(2)內繞組組間隙過(guò)大或鐵芯捆綁不夠緊，導致鐵芯片兩側收縮變形，造成

鐵軛側繞組曲翹變形;(3)在結構上，軛部對應繞組部分的軸向壓緊是較不可靠的，該部位的線(xiàn)餅往往難以達到應有的預緊力，因而該部位的線(xiàn)餅較易變形。 信息來(lái)自:輸配電設備網(wǎng)

4.2調壓分接區域及對應其他繞組的部位

該區域由于：(1)安匝不平衡使漏磁分布不均衡，其幅向額外產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生額外軸向外力，這些力的方向總是使產(chǎn)生這些力的不對稱(chēng)性增大。軸向外力和正常幅向漏磁所產(chǎn)生的軸向內力一樣，使線(xiàn)餅向豎直方向彎曲，并壓縮線(xiàn)餅件的墊塊，除此之外，這些力還部分地或全部地傳到鐵軛上，力求使其離開(kāi)心柱，出現線(xiàn)餅向繞組中部變形或翻轉現象; 信息來(lái)自:

(2)該部位的線(xiàn)餅為力求安匝平衡或分接區間的應有絕緣距離，往往要增加較多的墊塊，較厚的墊塊致使力的傳遞延時(shí)，因而對線(xiàn)餅撞擊也較大;(3)繞組套裝后不能確保中心電抗高度對齊，致使安匝進(jìn)一步加劇不平衡;(4)運行一段時(shí)間后，較厚的墊塊自然收縮量較大，一方面加劇安匝不平衡現象，另一方面受短路力時(shí)跳動(dòng)加劇;(5)在設計時(shí)間為力求安匝平衡，分接區的電磁線(xiàn)選用了較窄或較小截面的線(xiàn)規，抗短力能力低。 #p#分頁(yè)標題#e#

4.3換位部位 信息來(lái)源:http://tede.cn

這部位的變形常見(jiàn)于換位導線(xiàn)的換位和單螺旋的標準換位處。

換位導線(xiàn)的換位，由于其換位的爬坡較普通導線(xiàn)的換位為陡，使線(xiàn)匝半徑不同的換位處產(chǎn)生相反的切向力，這對大小相等方向相反的切向力，致使內繞組的換位向直徑變小，方向變形，外繞組的換位力求線(xiàn)匝半徑相同，使換位拉直，內換位向中心變形，外換位向外變形，而且換位導線(xiàn)厚度越厚，爬坡越陡，變形越嚴重。另外，換位處還存在軸向短路電流分量，所產(chǎn)生的附加力，致使線(xiàn)餅變形加劇。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

單螺旋的標準換位，在空間上要占一匝的位置，造成該部位安匝不平衡，同時(shí)又具有換位導線(xiàn)換位變形特征，因此該部位的線(xiàn)餅更容易變形。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

4.4繞組的引出線(xiàn) 常見(jiàn)于斜口螺旋結構的繞組，該結構的繞組，由于二個(gè)螺旋口安匝不平衡，軸向力大，同時(shí)又有軸向電流存在，使引出線(xiàn)拐角部位產(chǎn)生一個(gè)橫向力而發(fā)生扭曲變形現象。另外螺旋繞組在繞制過(guò)程中，有剩余應力存在，會(huì )使繞組力求恢復原狀現象，故螺旋結構的繞組，受短路電流沖擊下更容易扭曲變形。 信息來(lái)自:

4.5引線(xiàn)間

常見(jiàn)于低壓引線(xiàn)間，低壓引線(xiàn)由于電壓低流過(guò)電流大，相位120度，使引線(xiàn)相互吸引，如果引線(xiàn)固定不當的話(huà)，會(huì )發(fā)生相間短路。

5 干式變壓器短路故障原因分析

因干式變壓器出口短路導致干式變壓器內部故障和事故的原因很多，也比較復雜，它與結構設計、原材料的質(zhì)量、工藝水平、運行工況等因數有關(guān)，但電磁線(xiàn)的選用是關(guān)鍵。從近幾年解剖干式變壓器，對其事故進(jìn)行分析來(lái)看，與電磁線(xiàn)有關(guān)的大致有以下幾個(gè)原因。

5.1基于干式變壓器靜態(tài)理論設計而選用的電磁線(xiàn)，與實(shí)際運行時(shí)作用在電磁線(xiàn)上的應力差異較大。

5.2目前各廠(chǎng)家的計算程序中是建立在漏磁場(chǎng)的均勻分布、線(xiàn)匝直徑相同、等相位的力等理想化的模型基礎上而編制的，而事實(shí)上干式變壓器的漏磁場(chǎng)并非均勻分布，在鐵軛部分相對集中，該區域的電磁線(xiàn)所受到機械力也較大;換位導線(xiàn)在換位處由于爬坡會(huì )改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩;由于墊塊彈性模量的因數，軸向墊塊不等距分布，會(huì )使交變漏磁場(chǎng)所產(chǎn)生的交變力延時(shí)共振，這也是為什么處在鐵心軛部、換位處、有調壓分接的對應部位的線(xiàn)餅先先變形的根本原因。

5.3抗短路能力計算時(shí)沒(méi)有考慮溫度對電磁線(xiàn)的抗彎和抗拉強度的影響。按常溫下設計的抗短路能力不能反映實(shí)際運行情況，根據試驗結果，電磁線(xiàn)的溫度對其屈服極限?0.2影響很大，隨著(zhù)電磁線(xiàn)的溫度提高，其抗彎、抗拉強度及延伸率均下降，在250℃下抗彎抗拉強度要比在50℃時(shí)下降10%以上，延伸率則下降40%以上。而實(shí)際運行的干式變壓器，在額定負荷下，繞組平均溫度可達105℃，較熱點(diǎn)溫度可達118℃。一般干式變壓器運行時(shí)均有重合閘過(guò)程，因此如果短路點(diǎn)一時(shí)無(wú)法消失的話(huà)，將在非常短的時(shí)間內(0.8s)緊接著(zhù)承受第二次短路沖擊，但由于受較好次短路電流沖擊后，繞組溫度急劇增高，根據GBl094的規定，較高允許250℃，這時(shí)繞組的抗短路能力己大幅度下降，這就是為什么干式變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多。 #p#分頁(yè)標題#e#

5.4采用普通換位導線(xiàn)，抗機械強度較差，在承受短路機械力時(shí)易出現變形、散股、露銅現象。采用普通換位導線(xiàn)時(shí)，由于電流大，換位爬坡陡，該部位會(huì )產(chǎn)生較大的扭矩，同時(shí)處在繞組二端的線(xiàn)餅，由于幅向和軸向漏磁場(chǎng)的共同作用，也會(huì )產(chǎn)生較大的扭矩，致使扭曲變形。如楊高500kV干式變壓器的A相公共繞組共有71個(gè)換位，由于采用了較厚的普通換位導線(xiàn)，其中有66個(gè)換位有不同程度的變形。另外吳涇1l號主變，也是由于采用普通換位導線(xiàn)，在鐵心軛部部位的高壓繞組二端線(xiàn)餅均有不同翻轉露線(xiàn)的現象。 信息來(lái)自:輸配電設備網(wǎng)

5.5采用軟導線(xiàn)，也是造成干式變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對此認識不足，或繞線(xiàn)裝備及工藝上的困難，制造廠(chǎng)均不愿使用半硬導線(xiàn)或設計時(shí)根本無(wú)這方面的要求，從發(fā)生故障的干式變壓器來(lái)看均是軟導線(xiàn)。

5.6繞組繞制較松，換位或糾位爬坡處處理不當，過(guò)于單薄，造成電磁線(xiàn)懸空。從事故損壞位置來(lái)看，變形多見(jiàn)換位處，尤其是換位導線(xiàn)的換位處。

5.7繞組線(xiàn)匝或導線(xiàn)之間未固化處理，抗短路能力差。早期經(jīng)浸漆處理的繞組無(wú)一損壞。

5.8繞組的預緊力控制不當造成普通換位導線(xiàn)的導線(xiàn)相互錯位。

5.9套裝間隙過(guò)大，導致作用在電磁線(xiàn)上的支撐不夠，這給干式變壓器抗短路能力方面增加隱患。

  5.10作用在各繞組或各檔預緊力不均勻，短路沖擊時(shí)造成線(xiàn)餅的跳動(dòng)，致使作用在電磁線(xiàn)上的彎應力過(guò)大而發(fā)生變形。

5.11外部短路事故頻繁，多次短路電流沖擊后電動(dòng)力的積累效應引起電磁線(xiàn)軟化或內部相對位移，較終導致絕緣擊穿。

6 建議

6.1訂貨

(1) 對設備選型時(shí)，應充分考慮現有產(chǎn)品結構狀況，取消冗余功能，選擇可靠結構，在充分考慮電網(wǎng)的短路容量與產(chǎn)品的動(dòng)穩定性能之后，再確定產(chǎn)品參數，根據電網(wǎng)實(shí)際需要合理的配置分接開(kāi)關(guān)，對性能參數的要求應和目前制造水平及材質(zhì)狀況相適應。

(2) 優(yōu)先選用經(jīng)短路型式試驗合格的產(chǎn)品設計，并對產(chǎn)品進(jìn)行抽檢短路耐受試驗，以確保產(chǎn)品的同一性。 信息來(lái)自:輸配電設備網(wǎng)

(3) 選用全自冷干式變壓器。由于全自冷干式變壓器相對其他冷卻方式的干式變壓器度低，用銅量大，干式變壓器重量重，具有較強抗短路能力。

6.2 產(chǎn)品設計

針對前述造成短路故障的原因和問(wèn)題，電氣設計和結構設計各方面應采取改進(jìn)措施。要充分考慮工藝和材質(zhì)的分散性，在關(guān)鍵的部位應留有足夠的裕度，當先進(jìn)性與產(chǎn)品的可靠性有矛盾時(shí)，先先考慮保證可靠性。設計時(shí)應按高溫條件(250℃~350℃)進(jìn)行抗短路能力的設計，并對特殊部位(如換位、螺旋口)要進(jìn)行抗短路能力校核計算。若內線(xiàn)圈一定要帶分接，應優(yōu)先采用先立調壓繞組結構。同時(shí)要禁止使用普通換位導線(xiàn)，而盡量選用半硬以上的自粘性換位導線(xiàn)和組合導線(xiàn);35kV及以下繞組的內支撐硬筒選用低介損無(wú)局放的環(huán)氧玻璃絲絕緣筒;軸向壓緊較好采用彈簧壓釘。 #p#分頁(yè)標題#e#

6.3制造工藝方面

針對前述的工藝缺陷和欠缺，提高工藝水平，加強工藝執行紀律，確保產(chǎn)品制造過(guò)程得到有效控制。

6.4材料方面

盡量選用半硬以上的自粘性換位導線(xiàn)和組合導線(xiàn)。采用高密度與油道等距的整體墊塊。35kV及以下的內繞組應優(yōu)先采用環(huán)氧玻璃絲筒作繞組內支撐絕緣筒。 信息來(lái)源:

6.5安裝

為確保干式變壓器安裝質(zhì)量，可采用實(shí)行賣(mài)方負責的安裝方式，賣(mài)方必須對整個(gè)安裝工作質(zhì)量負責?，F場(chǎng)吊芯檢查時(shí)要進(jìn)行器身預緊力校核，確保干式變壓器器身處于緊固狀態(tài)。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

6.6運行管理

鑒于目前運行干式變壓器抗外部短路強度較差的情況，對于系統短路跳閘后的自動(dòng)重合或強行投運，應看到其不利的因素，否則有時(shí)會(huì )加劇干式變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復的可能。運行部門(mén)可根據短路故障是否能瞬時(shí)自動(dòng)消除的概率，對近區架空線(xiàn)(如2km以?xún)?或電纜線(xiàn)路取消使用自動(dòng)重合閘，或適當延長(cháng)合閘間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來(lái)的危害，并且盡量對短路跳閘的干式變壓器進(jìn)行試驗檢查。

6.7科研

運行單位、制造廠(chǎng)和材料廠(chǎng)應結合事故分析緊密合作，不斷開(kāi)發(fā)研制新工藝、新材料，改進(jìn)產(chǎn)品設計，提高干式變壓器抗短路能力水平，以滿(mǎn)足運行需要。

總之，造成故障或事故的因素較多，但干式變壓器的結構設計和制造工藝仍是主要因素，在運行管理等環(huán)節中也暴露出一些問(wèn)題。除了在結構方面尚存在一些沒(méi)有充分認識的因素外，設計和工藝操作方面存在的問(wèn)題值得制造廠(chǎng)及運行單位引起重視。